煤礦井下避難硐室設(shè)計與應(yīng)用

王 濤，趙毅鑫，2，姜耀東，2，宋宜猛

（1.中國礦業(yè)大學(xué) （北京）力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083;2.煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，北京 100083; 3.中國礦業(yè)大學(xué) （北京）資源與安全工程學(xué)院，北京 100083;4.北京中稅天網(wǎng)科技有限公司，北京 100027）

煤礦井下避難硐室設(shè)計與應(yīng)用

王 濤1，趙毅鑫1，2，姜耀東1，2，宋宜猛3，4

（1.中國礦業(yè)大學(xué) （北京）力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083;2.煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，北京 100083; 3.中國礦業(yè)大學(xué) （北京）資源與安全工程學(xué)院，北京 100083;4.北京中稅天網(wǎng)科技有限公司，北京 100027）

為了促進我國煤礦企業(yè)的避難硐室建設(shè)，以避難硐室在某礦的具體應(yīng)用為例，介紹了避難硐室結(jié)構(gòu)構(gòu)成、功能需求和配套設(shè)施，重點闡述了硐室建設(shè)的基本要求、支護措施和其他生命維持系統(tǒng)，對于煤礦企業(yè)的避難硐室建設(shè)具有借鑒意義。

煤礦;避難硐室;緊急避險

事故應(yīng)急救援和避險，國外一些采礦業(yè)發(fā)達的國家如南非、加拿大、美國、澳大利亞等學(xué)者已經(jīng)開展了大量的研究工作，并有了多次成功營救的經(jīng)驗和例子［1－2］。

從預(yù)防事故發(fā)生的角度去減少煤礦事故固然是最積極的減災(zāi)手段，但煤礦生產(chǎn)過程存在太多不確定性因素，完全杜絕事故的發(fā)生是不現(xiàn)實的。因此，從事故發(fā)生后的逃生需求出發(fā)，在井下建立與災(zāi)難隔絕的避災(zāi)硐室和救生艙，為受災(zāi)人群提供暫時、及時的安全場所是減少傷亡和降低損失的另一重要手段。

在發(fā)生災(zāi)害事故時，煤礦井下避難硐室可以為遇險者提供生存必需品和其他輔助設(shè)施，用于臨時躲避災(zāi)難。避難硐室中有用于與外界聯(lián)系的通訊系統(tǒng)，便于進行快速營救。目前，在采礦發(fā)達國家，避難硐室的應(yīng)用已經(jīng)較為普遍［1－3］。隨著我國安全生產(chǎn)相關(guān)政策法規(guī)的完善，井下避難硐室的相關(guān)研究和實踐工作也逐步展開［4－6］。

1 礦井概況

陜西省某地方煤礦為年產(chǎn)3.0Mt的現(xiàn)代化礦井，1997年10月建成投產(chǎn)，采用走向長壁綜合機械化放頂煤開采。開拓方式為斜井單水平上下山開拓，通過2個風(fēng)井采用中央分區(qū)抽出式通風(fēng)。防滅火主要采用黃泥灌漿和注氮措施，防塵系統(tǒng)采用地面靜壓水，在主、副斜井及各膠帶運輸巷、軌道運輸巷、回風(fēng)巷安裝防塵噴霧水幕。井下有中央水泵房和井底輔助水泵房各1個，滿足礦井排水要求。

2 井下避難硐室設(shè)計

2.1 避難硐室設(shè)計原則

根據(jù)煤礦災(zāi)害事故的特點，可移動式救生艙布置在采煤工作面以及掘進工作面內(nèi)，根據(jù)工作面人數(shù)確定救生艙布置的數(shù)量，避難硐室為其他未能進入可移動式救生艙的避災(zāi)人員提供避難空間，主要布置在采區(qū)附近，其容納人數(shù)根據(jù)其周圍人員的分布情況確定。

救生艙和避難硐室的位置確定，主要考慮避難空間及其保護的人員可能面臨的事故、礦工工作地點與避難空間的距離、壓風(fēng)、供電、供水等系統(tǒng)與避難空間的連接和礦井發(fā)生事故時避難空間鄰近區(qū)域的狀況。

為保持人員在最短的時間內(nèi)進入避難空間，考慮人員分布狀況不同，依據(jù)以下原則進行避險:

（1）距離救生艙最近的人員向移動救生艙內(nèi)逃生（主要是工作面作業(yè)人員）。

（2）距離自供氧式避難硐室最近的人員向臨時避難硐室內(nèi)逃生 （主要是巷道沿線及機頭零散作業(yè)人員）。

（3）距離地面鉆孔避難硐室最近的人員向永久避難硐室內(nèi)逃生 （主要是采區(qū)零散作業(yè)人員）。

（4）距離井筒最近的作業(yè)人員盡快升井向地面逃生。

2.2 永久避難硐室設(shè)計

2.2.1 基本要求

根據(jù)《煤礦井下緊急避險系統(tǒng)建設(shè)管理暫行規(guī)定》要求，永久避難硐室應(yīng)布置在穩(wěn)定的巖層中，避開地質(zhì)構(gòu)造帶、高溫帶、應(yīng)力異常區(qū)以及透水威脅區(qū)，確保在服務(wù)期間不受采動影響。前后20m范圍內(nèi)巷道應(yīng)采用不燃性材料支護，且頂板完整、支護完好，符合安全出口的要求。特殊情況下布置在煤層中時，應(yīng)有控制瓦斯涌出和防止瓦斯集聚、煤層自燃的措施。

井底車場避難硐室應(yīng)由過渡室和生存室等構(gòu)成，采用向外開啟的兩道隔離門結(jié)構(gòu)。兩道隔離門之間為過渡室，第2道隔離門以內(nèi)為生存室?？紤]到避難人數(shù)較多，暫定過渡室凈面積為5.0m2，內(nèi)設(shè)壓縮空氣幕和壓氣噴淋裝置。第1道隔離門設(shè)觀察窗，靠近底板設(shè)單向排水管和單向排氣管。

硐室地面高于巷道底板0.2m，生存室凈高定為2.0m，長度、寬度根據(jù)施工時具體的位置確定，但要求生存室的凈面積不小于80m2。設(shè)置不少于2趟的單向排水管和單向排氣管。

根據(jù)礦井的生產(chǎn)實際，設(shè)置2個永久避難硐室，1號永久避難硐室修建在西軌道大巷、4404回風(fēng)下山和西膠帶大巷所圍成的區(qū)域內(nèi);2號永久避難硐室建設(shè)在配風(fēng)巷和525膠帶大巷圍成的靠近一采區(qū)膠帶下山端的區(qū)域，永久避難硐室的具體位置如圖1中陰影部分標注。

圖1 永久避難硐室位置

2.2.2 支護方式

避難硐室截面形狀設(shè)計為直墻圓拱形，根據(jù)截面形狀和以往支護經(jīng)驗，避難硐室由巖體向避難硐室內(nèi)部支護方式分別為錨桿、錨網(wǎng)和錨索聯(lián)合支護方式;支護材料應(yīng)阻燃、抗靜電、耐高溫、耐腐蝕，頂板和墻壁的顏色宜為淺色?；炷疗鲰刍蜾摻罨炷林ёo時，混凝土強度不低于C30。鋼筋采用3號、4號鋼和16號錳鋼，主鋼筋φ12～18mm，間距0.2～0.3m，副鋼筋φ8～12mm，間距0.2～0.24m。立架鋼筋 φ6～8mm，間距0.04m左右。具體支護層分布如圖2所示。

圖2 永久避難硐室斷面與支護層分布

隔離門、墻應(yīng)按不低于井下水泵房密閉門的標準建造，密封可靠，開閉靈活。隔離門墻周邊掏槽，深度不小于0.2m，墻體用強度不低于C30的混凝土澆筑，并與巖體接實，保證足夠的氣密性。

2.2.3 避難硐室系統(tǒng)組成

為了保證避難硐室內(nèi)人員的生存和設(shè)備的正常運行，共設(shè)置了7大系統(tǒng)，分別是防火防爆系統(tǒng)、密閉緩沖系統(tǒng)、氣幕隔絕系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)及附屬系統(tǒng)。

（1）防火防爆系統(tǒng) 避難硐室的防火防爆系統(tǒng)包括防火防爆密閉門和防火防爆密閉墻，分別設(shè)置在避難硐室的兩側(cè)，要求該系統(tǒng)能夠抵抗高溫，抗沖擊波1.5～2MPa。要求防爆密閉門的開啟應(yīng)遵循靈活、快捷、手動、密閉性良好等原則。

（2）密閉緩沖系統(tǒng) 避難硐室內(nèi)的密閉緩沖系統(tǒng)包括外層防爆密閉門、墻;緩沖空間內(nèi)的二道密閉門;避難硐室四周的密閉緩沖層。該系統(tǒng)能夠防止毒害氣體的滲入，緩解礦壓和周圍采動對硐室整體結(jié)構(gòu)和支護的破壞。

（3）氣幕隔絕系統(tǒng) 外層防護門入口處上方設(shè)置的氣幕系統(tǒng)能夠有效防止毒害氣體伴隨避難人員的進入而污染避難硐室內(nèi)部的空氣。

（4）供氧系統(tǒng) 按照《煤礦井下緊急避險系統(tǒng)建設(shè)管理暫行規(guī)定》要求，有條件的礦井在建設(shè)永久避難硐室宜布置直達地表的大直徑鉆孔，鉆孔直徑不小于0.15m;鉆孔地表出口應(yīng)有必要的保護裝置并儲備自帶動力壓風(fēng)機，數(shù)量不少于2臺。避難硐室采用“多級供氧”方式，保證硐室內(nèi)部的氧氣需求。包括地面鉆孔壓風(fēng)供氧、井下壓風(fēng)供氧和生氧凈化器供氧，壓風(fēng)供風(fēng)量不低于每人0.3m3/min，自備氧供氧量不低于6×10－4m3/min。

通過貫穿避難硐室和地面的鉆孔，引入地面壓風(fēng)管路，與硐室內(nèi)布氣系統(tǒng)和地面鉆孔供氧控制系統(tǒng)相連接，實現(xiàn)內(nèi)部空氣供給;引入流食管路、通訊管路和電纜，實現(xiàn)能量、通訊、電力的供給。

（5）通信系統(tǒng) 保證硐室內(nèi)至少2種有線和無線的通訊方式。災(zāi)害發(fā)生時，利用現(xiàn)有的電話、廣播并結(jié)合災(zāi)害報警系統(tǒng)，及時匯報避難硐室內(nèi)的人員情況，聽從指揮，等待救援的到來。

（6）監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng) 避難硐室內(nèi)多合一監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備能夠同時監(jiān)測硐室內(nèi)部及外部的CO，CO2，O2，CH4，H2S以及溫度和濕度的含量變化，并在以上環(huán)境參數(shù)超限時發(fā)出警報功能，提醒硐室內(nèi)的人員采取相應(yīng)的措施保證環(huán)境的穩(wěn)定。

（7）附屬系統(tǒng) 附屬系統(tǒng)能夠保證救援人員到來之前，維持硐室內(nèi)避難人員的基本生活需求，包括照明系統(tǒng)、水、食物、衛(wèi)生設(shè)備、標志標識、急救箱、滅火器和自救器等。

照明系統(tǒng):硐室內(nèi)主要采用照明礦燈為避難人員提供照明。

水:供水量為每人1.5×10－3m3/d。

食物:人均5000kJ，配備壓縮餅干，每人每天2塊。

衛(wèi)生設(shè)備:備有機械打包式馬桶，可對人體排泄物打包密封。

標志標識:硐室內(nèi)部設(shè)有清晰可見的標志，各設(shè)備張貼使用說明，并張貼避難硐室操作規(guī)程和應(yīng)急響應(yīng)流程，指導(dǎo)避難人員進行自救。

急救箱:配有體溫計、包扎帶、止痛藥等，可對傷員進行簡單的救護。

自救器:采用隔絕式自救器，額定防護時間45min，便于緊急情況下轉(zhuǎn)移。

2.3 移動救生艙

工作面現(xiàn)場及沿途的避險設(shè)施采用移動式救生艙。救生艙避災(zāi)人員逃生的最大距離要基于人員在合理的狀態(tài)下，采用合理的裝備以合適的行走方式在自救器持續(xù)時間限度內(nèi)行走的距離。

救生艙的數(shù)量取決于所部署區(qū)域內(nèi)的作業(yè)人數(shù)。救生艙的總?cè)萘勘仨毮軌蛉菁{該區(qū)域所有作業(yè)人員，并且留有5%的安全系數(shù)，供特殊情況下可能出現(xiàn)的本區(qū)域超額人員避難。

救生艙應(yīng)停放在巷道兩幫開鑿的專用停放硐室內(nèi)，避免直接布置在巷道內(nèi)而影響正常通風(fēng)、運輸、行人，減弱爆炸和透水形成的沖擊波。

根據(jù)井下巷道類型，制定移動救生艙的運輸方式和最佳布置地點如下:

（1）根據(jù)工作面的現(xiàn)場情況選取距4404工作面500～600m范圍內(nèi)的運輸巷內(nèi)頂板完好上幫或下幫開鑿?fù)７彭鲜?，救生艙的頂?shù)撞糠謩e加固。由于該工作面人員的最多人數(shù)能達到70人，在此位置布置安放1臺可容納36人的充氣式救生艙。

（2）在4404工作面的回風(fēng)巷內(nèi)對稱位置布置1臺可容納36人的充氣式救生艙。

（3）由于4404工作面走向長度較長，同時兼顧4404工作面上部后期的掘進巷道的計劃，在4404工作面和4404軌道下山交岔處布置1臺可容納36人的充氣式救生艙。

（4）考慮4404采區(qū)的工人回撤時安全距離，在4404軌道下山巷道內(nèi)距離3號救生艙500m左右的位置布置1臺可容納16人的充氣式救生艙。

（5）考慮到從1號永久避難硐室位置處向井口方向上的可能出現(xiàn)的相關(guān)人員，在西軌道下山巷道內(nèi)，即1號聯(lián)絡(luò)巷附近布置1臺可容納10人的充氣式救生艙。

（6）考慮到一采區(qū)膠帶下山到2號避難硐室的安全距離，在一采區(qū)軌道下山靠近4號聯(lián)絡(luò)巷位置開鑿?fù)７彭鲜以O(shè)置1臺服務(wù)人數(shù)16人的充氣式救生艙。

（7）在二水平軌道大巷靠近一水平軌道下山處布置1臺充氣式救生艙，該處充氣式救生艙的服務(wù)人數(shù)為16人。

（8）在運輸巷的掘進巷和二水平軌道大巷交岔處設(shè)置1臺可容納36人的充氣救生艙，服務(wù)于2809掘進巷附近的人員。

（9）在運輸巷和二水平軌道大巷交岔處開鑿?fù)７彭鲜遥贾?臺可容納36人的充氣式救生艙，主要為2808工作面工人服務(wù)。

綜合起來，在井下采煤工作面、煤巷掘進工作面及巖巷掘進工作面共設(shè)置9個移動式救生艙，其中5臺36人可充氣式救生艙、4臺16人充氣艙。救生艙在采掘平面圖上位置如圖3所示。

3 救災(zāi)應(yīng)急預(yù)案與避災(zāi)路線

救災(zāi)應(yīng)急預(yù)案可以保證事故應(yīng)急響應(yīng)及時和搶救工作迅速有效，減少和降低事故發(fā)生時所造成的人身傷害和財產(chǎn)損失。當(dāng)事故發(fā)生后，由領(lǐng)導(dǎo)小組根據(jù)事故性質(zhì)，共同制定搶險救災(zāi)應(yīng)急方案，統(tǒng)一組織指揮事故應(yīng)急搶險工作。指揮部負責(zé)上傳下達事故應(yīng)急搶險領(lǐng)導(dǎo)小組的指示，統(tǒng)一調(diào)度指揮搶險救災(zāi)工作。

事故發(fā)生初期，礦工需及時采取措施，積極自救;當(dāng)災(zāi)害發(fā)展迅猛，無法開展現(xiàn)場搶救時，現(xiàn)場人員應(yīng)有組織的撤離災(zāi)區(qū)。以工作面災(zāi)害為例，井下具體的避災(zāi)路線如圖4所示。

圖3 井下移動式救生艙布置位置

圖4 避災(zāi)路線示意

一旦井下發(fā)生火災(zāi)，原則上要求工人沿著工作面逆風(fēng)流方向避災(zāi)，防止火災(zāi)產(chǎn)生的有毒有害氣體的危害。如果井下出現(xiàn)透水等水災(zāi)，在水量不是很大的情況下，井下工人應(yīng)盡量想辦法往井口方向逃生或往位置比較高的地方去。非緊急情況下，遇水災(zāi)盡量不使用救生艙避險。工作面附近如遇瓦斯爆炸事故，首先應(yīng)向巷道邊緣靠攏，減少或避開爆炸沖擊波的傷害，然后沿進風(fēng)方向逃生或進入鄰近的救生艙避險。若逃生路線受阻，則應(yīng)立即進入鄰近的救生艙避難。

4 結(jié)束語

煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)是關(guān)系民生的重大問題，對于煤礦系統(tǒng)的安全生產(chǎn)，一方面可以通過事前的隱患排查等工作去主動降低災(zāi)害事故發(fā)生的概率，另一方面在事故不能完全杜絕的情況下，積極建設(shè)井下避難硐室對于降低災(zāi)害事故損失，減小人員傷亡具有重要作用。避難硐室在國外應(yīng)用較為普遍，實踐也證明這是一種行之有效的避險減災(zāi)手段。相比國外，我國的避難硐室研究與應(yīng)用還處于起步階段，隨著煤礦企業(yè)安全意識的逐漸增強，和國家法規(guī)政策的完善，緊急避險系統(tǒng)的相關(guān)研究會隨之加快，適合國內(nèi)開采方式和生產(chǎn)條件的避難硐室及配套設(shè)施會逐步成熟。

［1］趙利安，孟慶華.礦業(yè)發(fā)達國家安全硐室的發(fā)展及經(jīng)驗借鑒［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2008，35（2）:73－75.

［2］隋鵬程.礦工自救與避難硐室［J］.現(xiàn)代職業(yè)安全［J］. 2007，7（71）:86－87.

［3］趙利安，王鐵力.國外井工礦避災(zāi)硐室的應(yīng)用及啟示［J］.煤礦安全，2008（2）:88－89.

［4］張大明，馬云東，丁延龍.礦井避難硐室研究與設(shè)計［J］.中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2009，5（3）:194－198.

［5］周心權(quán)，吳 兵.礦井火災(zāi)救災(zāi)理論與實踐［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，1996:76－77.

［6］王克全，趙善揚，余秀清，等.煤礦井下避難所研制［J］.采礦技術(shù)，2010（S1）:135－137.

Design and App lication of Underground Refuge Cave in Mine

WANG Tao1，ZHAO Yi-xin1，2，JIANG Yao-dong1，2，SONG Yi-meng3，4

（1.Mechanics＆Architecture School，China University of Mining＆Technology（Beijing），Beijing 100083，China; 2.State Key Laboratory of Coal Resource＆Safe Mining，Beijing 100083，China; 3.Resources＆Safety School，China University of Mining＆Technology（Beijing），Beijing 100083，China; 4.Beijing Zhongsui Tianwang Science＆Technology Co.，Ltd，Beijing 100027，China）

In order to improving refuge cave construction of Chinese refuge cave，taking amine as an example，this paper introduced components，functions and equipments of refuge cave.It expounded mainly basic requirement of cave construction，supportingmethod and other lifemaintaining system.Itmight provide reference for coalmine's construction of refuge cave.

coalmine;refuge cave;emergent refuge

TD214

A

1006-6225（2011）04-0033-04

2011－04－21

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃 （973）項目 （2010CB226801）;中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金資助

王 濤 （1983－），男，河北定州人，博士研究生，從事煤礦安全開采及礦山壓力控制等相關(guān)巖石力學(xué)問題的研究與實踐。

［責(zé)任編輯:鄒正立］

特殊采煤與礦區(qū)環(huán)境治理